【VM】单机三虚拟机集群实战:Bridge 桥接、固定 IP 与避开 cloud-init 的坑

单机三虚拟机集群:为什么网络一定要选 Bridge,而不是 NAT

在一台 Ubuntu 22 物理机上,用 Virtual Machine Manager(virt-manager / KVM/libvirt) 跑起三台虚拟机(node-01 / node-02 / node-03),组成一个学习与测试用的集群,部署 K8S、Redis Cluster、Elasticsearch。本文先把"为什么选 Bridge"讲透,再给出一套可照抄的固定 IP 配置流程:宿主机建桥 → VMM 部署虚拟机 → 每台虚拟机用 netplan 固定 IP → 屏蔽 cloud-init 防覆盖。

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一、来龙去脉:为什么要在一台机器上起一个集群

很多分布式中间件,本质上是"多节点"的:

• Kubernetes 至少要有一个控制面 + 若干工作节点,才能体会调度、网络、故障转移;
• Redis Cluster 官方要求最少 6 个实例(3 主 3 从),节点之间靠 Gossip 协议互相发现;
• Elasticsearch 想验证分片、副本、选主,也得有 3 个节点起步。

可现实是:大多数人手里只有一台还算能打的机器。买三台物理服务器太奢侈,上云按小时计费又心疼。于是最务实的方案就是------一台宿主机,虚拟出三台"准物理机",既省钱,又能逼真地复现多节点环境。

到这里,真正的分水岭出现了:这三台虚拟机,要怎么联网?

这不是个无所谓的细节。它直接决定了你的集群"像不像真的",以及局域网里其他机器(你的笔记本、同事的电脑、另一台测试机)能不能直接访问到这三个节点。

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二、核心诉求:节点必须像真实物理机一样"出现在局域网里"

把需求一句话讲清:

局域网内其他机器,要能像访问一台普通服务器那样,直接访问 node-01 / node-02 / node-03。

为什么这个诉求如此关键?因为一旦做集群,你几乎一定会遇到这些场景:

• 在笔记本上用 kubectl 直连虚拟机里的 K8S API Server;
• 用客户端连 Redis Cluster------而 Redis Cluster 会把节点自己的 IP 通过 MOVED/ASK 重定向给客户端,客户端必须能直接连上那个 IP;
• 用浏览器或 Kibana 访问 ES 的 9200/5601;
• 节点之间互相发现、心跳、选主,要求彼此地址对等、可路由。

这些场景的共同点是:虚拟机需要一个局域网里真实、独立、可被别人主动连入的 IP,而不是藏在宿主机背后的"内部地址"。

能不能满足这个诉求,就看你选 NAT 还是 Bridge。

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三、NAT vs Bridge:从本质看区别

两种模式的差异,可以用"虚拟机在网络里的身份"来理解。

NAT 模式:虚拟机藏在宿主机背后

NAT(网络地址转换)下,libvirt 会建一个私有虚拟网络 (默认 virbr0,网段如 192.168.122.0/24),虚拟机拿到的是这个私有网段的地址。对外通信时,所有流量都被"伪装"成宿主机的 IP 发出去。

这就像住在一栋楼里、没有独立门牌号 的房间:你能主动出门(访问外网 OK),但外面的人想找你,只能先敲楼的总门(宿主机),再由前台转发------你必须在宿主机上一条条配端口转发(hostfwd / iptables DNAT),否则外部根本无法主动连入。

对一个动辄十几个端口、还会互相重定向 IP 的集群来说,这是灾难。

Bridge 模式:虚拟机是局域网里的"正式居民"

Bridge(桥接)的做法完全不同。宿主机上建一个网桥 br0 ,它扮演一台虚拟交换机:把宿主机的物理网卡和每台虚拟机的虚拟网卡,统统"插"到这台交换机上。

结果是:虚拟机直接接入了你家/公司的物理局域网,由路由器(192.168.1.1)像给真实设备发地址一样,给每台虚拟机分配一个 192.168.1.x 的 IP 。它和宿主机、和其他物理机处在同一个二层网段,彼此平等、互相可达,不需要任何端口转发。

这正是我们要的------虚拟机像真实物理机一样,出现在局域网中。

维度	NAT 模式	Bridge 模式(本文选择)
虚拟机 IP 来源	libvirt 私有网段(如 192.168.122.x)	路由器分配的局域网 IP(192.168.1.x)
与局域网的关系	隔离,藏在宿主机背后	同一二层网段,平等成员
外部主动访问虚拟机	需逐端口配置转发,繁琐	直接访问,零额外配置
虚拟机访问外网	开箱即用	正常可用
节点间互相发现	受限,IP 不可对外	天然支持,地址对等
适合场景	单机自用、临时测试	多节点集群、需被外部访问

结论很清晰:做集群、要被局域网访问,就选 Bridge。

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四、目标拓扑图

下图是采用 Bridge 模式后的网络结构。核心是中间那台"虚拟交换机" br0:物理网卡和三台虚拟机都挂在它下面,从而都成为 192.168.1.0/24 的正式成员。
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🌐 局域网入口层
虚拟机集群 (K8S / Redis / ES)
直接访问
路由器 / 网关

192.168.1.0/24 · 192.168.1.1
局域网其他机器

192.168.1.xxx
物理网卡 enp55s0

桥接成员 · 无独立 IP
网桥 br0(虚拟交换机)

宿主机 IP: 192.168.1.188
node-01

192.168.1.189
node-02

192.168.1.190
node-03

192.168.1.191

读图三个要点:

1. br0 是中枢(图中紫色六边形)。它就是虚拟交换机,所有成员都接在它上面。
2. 物理网卡没有独立 IP 。在桥接里,网卡只是 br0 的一个"端口",宿主机自己的 IP(192.168.1.188)落在 br0 上,而不是网卡上。这一步是新手最容易配错的地方。
3. 其他机器到虚拟机是直达的(虚线)。因为大家在同一二层网段,数据帧经交换/网桥直接转发,不必绕路由器做转换。

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五、落地四步总览

从零到一,整套部署就是四步,后面逐步展开:

步骤	在哪做	做什么
① 建网桥 br0	宿主机	屏蔽 cloud-init,用 netplan 把物理网卡桥接成 br0,宿主机 IP 落到 br0(192.168.1.188)
② 部署虚拟机	宿主机(VMM)	用 Virtual Machine Manager 创建 3 台 Ubuntu 22 虚拟机,网卡都选 br0
③ 固定虚拟机 IP	每台虚拟机	同样屏蔽 cloud-init,用 netplan 配静态 IP(.189/.190/.191),用 routes 替代已弃用的 gateway4
④ 名称解析	所有节点	统一写 /etc/hosts,集群内用 node-01/02/03 互访

贯穿全程的关键点:屏蔽 cloud-init。 Ubuntu 22 默认用 cloud-init 管网络,每次开机会自动生成 /etc/netplan/50-cloud-init.yaml,覆盖你手写的配置。无论宿主机还是虚拟机,只要你想用自己的固定 IP,就必须先把 cloud-init 的网络管理关掉(见每一步的说明)。

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六、第一步:宿主机建网桥 br0

6.1 先屏蔽 cloud-init 的网络管理

让你手写的 netplan 生效、不被开机覆盖:

sudo nano /etc/cloud/cloud.cfg.d/99-disable-network-config.cfg

写入:

network: {config: disabled}

保存退出后,cloud-init 就不会再生成或覆盖 50-cloud-init.yaml。可顺手删掉旧文件避免冲突:

sudo rm -f /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

6.2 用 netplan 建桥

核心思想:把物理网卡的 IP 摘下来,改成"无 IP 的桥接成员",再把 IP 配到 br0 上 。新建 /etc/netplan/01-netcfg.yaml(网卡名 enp55s0 用 ip link show 查你自己的):

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    enp55s0:                # 物理网卡名,用 ip link show 查看
      dhcp4: no
      dhcp6: no             # 网卡本身不再要 IP
  bridges:
    br0:
      interfaces: [enp55s0] # 把物理网卡接入网桥
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses: [192.168.1.188/24]
      routes:
        - to: default       # 用 routes 替代已弃用的 gateway4
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [192.168.1.1, 8.8.8.8]

6.3 设权限并应用

sudo chmod 600 /etc/netplan/01-netcfg.yaml
sudo chown root:root /etc/netplan/01-netcfg.yaml
sudo netplan apply

确保 systemd-networkd 在运行:

sudo systemctl enable systemd-networkd
sudo systemctl start systemd-networkd

完成后 ip a 应看到 IP 在 br0 上、enp55s0 无 IP------这就是桥接生效的标志。

⚠️ 远程操作要小心 :改桥接会瞬断网络。SSH 操作前务必有控制台兜底,或先 sudo netplan try(超时自动回滚)。

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七、第二步:用 Virtual Machine Manager 部署三台虚拟机

打开 Virtual Machine Manager(virt-manager),依次创建 node-01 / node-02 / node-03(均为 Ubuntu 22 Server),关键只在网络这一步:

1. File → New Virtual Machine,选择 Ubuntu 22 安装介质(ISO);
2. 分配 CPU / 内存 / 磁盘(集群节点建议 ≥2 vCPU、≥4GB、≥40GB);
3. 最后一步勾选 "Customize configuration before install";
4. 在网络设置里,Network source 选 Bridge device... 并填 br0 (或选已有的桥接来源),网卡型号选 virtio 以获得更好性能;
5. 完成创建,装系统。三台虚拟机重复以上步骤。

这一步等价于命令行的 virt-install --network bridge=br0,model=virtio ...。VMM 只是把它做成了图形界面。装好后,虚拟机网卡会临时从路由器拿到一个 192.168.1.x,下一步我们把它固定下来。

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八、第三步:给每台虚拟机配固定 IP(netplan)

每台虚拟机也是 Ubuntu 22,同样要先屏蔽 cloud-init ,否则重启后 50-cloud-init.yaml 会覆盖你的静态配置:

# 在每台虚拟机里执行
echo 'network: {config: disabled}' | sudo tee /etc/cloud/cloud.cfg.d/99-disable-network-config.cfg
sudo rm -f /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

然后在每台虚拟机新建 /etc/netplan/01-netcfg.yaml,用 routes 替代 gateway4,分别固定 IP。网卡名 ens3 用 ip link show 确认。

node-01 → 192.168.1.189

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    ens3:                   # 虚拟机网卡名,用 ip link show 查看
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses: [192.168.1.189/24]
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [192.168.1.1, 8.8.8.8]

node-02 → 192.168.1.190 (仅 addresses 不同)

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    ens3:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses: [192.168.1.190/24]
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [192.168.1.1, 8.8.8.8]

node-03 → 192.168.1.191

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    ens3:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses: [192.168.1.191/24]
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [192.168.1.1, 8.8.8.8]

每台虚拟机应用配置:

sudo netplan apply
# 想先验证、出错自动回滚:
sudo netplan try

为什么用 routes 而不是 gateway4? 较新版本的 netplan 已弃用 gateway4,推荐用 routes: 下的 to: default / via: <网关> 来声明默认路由。现在就用新写法,免得日后告警或失效。

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九、第四步:统一 /etc/hosts,集群内用名字互访

集群组件(K8S、ES)里写一串 IP 既难记又易错。在每台机器 (宿主机 + 三台虚拟机)的 /etc/hosts 末尾追加同一段映射,之后就能用 node-01 这样的名字互访:

192.168.1.188   host-ubuntu
192.168.1.189   node-01
192.168.1.190   node-02
192.168.1.191   node-03

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十、验证与后续访问方式

判断整套网络是否成功,只看一件事:局域网里另一台机器,能不能直接连上虚拟机的服务。

• 在你的笔记本上 ping 192.168.1.189 通 → 二层打通;
• 三台虚拟机之间互相 ping node-02 都通 → 集群内部网络与解析就绪。

固定 IP 后的访问方式:

• 宿主机 :192.168.1.188(在 br0 上);
• 虚拟机 :192.168.1.189 / .190 / .191;
• 示例:
  • ssh root@192.168.1.189 -p 22
  • redis-cli -h 192.168.1.190 -p 6379
  • Kubernetes 各节点互通直接用各自固定 IP(或 /etc/hosts 里的名字)。

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十一、使用场景:为什么这些组件"非 Bridge 不可"

回到最初的三个目标组件,看看 Bridge + 固定 IP 在它们身上具体解决了什么:

Kubernetes ------ 节点要互相通信、Pod 网络要可路由,外部还要用 kubectl 连 API Server。NAT 下节点 IP 对外不可见,kubeconfig 里写的地址外面连不上;Bridge 让每个节点都有真实局域网 IP,固定下来后 kubeadm/证书里的地址也不会因重启漂移。

Redis Cluster ------ 这是最典型的"NAT 杀手"。Redis Cluster 在重定向时会把节点自身记录的 IP 返回给客户端;如果那是个 NAT 私有地址,客户端根本连不上,集群形同虚设。Bridge + 固定 IP 下节点地址真实且稳定,重定向天然正确。

Elasticsearch ------ 节点靠相互发现组成集群、对外暴露 9200。Bridge 让发现和访问都走真实 IP,配 discovery.seed_hosts 时直接写 192.168.1.189/190/191(或 hosts 名字)即可,且重启不变。

一句话:凡是"节点用自己的真实 IP 对外打交道"的分布式系统,都依赖 Bridge,且强烈建议固定 IP。

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十二、常见坑与注意事项

• cloud-init 覆盖配置 :这是最高频的坑。手写 netplan 不生效、重启又变回 DHCP,十有八九是没屏蔽 cloud-init。宿主机和每台虚拟机都要做 network: {config: disabled}。
• 改桥接断网 :netplan apply 会重置网络,远程操作前务必准备好控制台兜底,或用 netplan try。
• IP 配错了位置 :桥接后 IP 必须在 br0 上,物理网卡不能再留 IP,否则路由混乱。
• 网卡名不对 :宿主机(如 enp55s0)和虚拟机(如 ens3)网卡名不同,务必 ip link show 确认,别照抄。
• gateway4 已弃用 :统一用 routes: - to: default / via: 写默认网关。
• WiFi 网卡难桥接 :大多数无线网卡不支持桥接,宿主机尽量用有线网卡 做 br0。
• 企业网络限制:部分公司网络对一个物理口下挂多个 MAC/IP 有端口安全限制,会导致虚拟机拿不到地址,需联系网管。
• MTU 一致性 :跨节点大流量(如 ES 分片同步)时,确保宿主机、br0、虚拟机 MTU 一致,避免分片丢包。

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十三、小结

在一台 Ubuntu 22 上搭三节点集群,最该想清楚的不是 CPU 内存怎么分,而是网络模式 + IP 稳定性:

• 目标:让 node-01/02/03 像真实物理机一样出现在局域网,被直接访问,且 IP 永久固定。
• 手段 :宿主机用 br0 网桥把物理网卡和虚拟机接到同一台"虚拟交换机";用 Virtual Machine Manager 部署虚拟机并选 br0;每台虚拟机用 netplan(routes 替代 gateway4)配静态 IP;宿主机与虚拟机都屏蔽 cloud-init 防止覆盖;最后用 /etc/hosts 统一解析。
• 取舍 :NAT 适合单机自用、不需外部访问;只要做集群、要被局域网访问,就选 Bridge。

把 br0 理解成一台交换机、把 cloud-init 这个"网络管家"先请走,整套配置就顺理成章了。剩下的,就是在三台"准物理机"上尽情折腾 K8S、Redis Cluster 和 ES 了。